高血压患者颈总动脉壁面剪应力与颈动脉内-中膜厚度的关系

魏颖 张宇辉 丁方 黄志芳 王超 刘盛林 张波 陈明

同济大学附属东方医院心脏医学部心血管超声科，上海 200120

高血压的发病率逐年升高，且呈年轻化趋势，严重危害人类的健康。调查显示，即便是健康人群中，颈总动脉内中膜厚度（intima-media thickness，IMT）随着年龄增长，也有明显增加的趋势[1-2]。据文献记载，高血压对IMT有较大的影响[3]，高血压患者颈总动脉IMT通常较正常人明显增厚[4-5]。血管壁面剪应力（wall shear stress，WSS）为单位面积上管壁表面流动的血液作用于动脉内皮细胞的切向摩擦力[6]，文献报道及我们过去的研究均显示[2,7-9]，颈动脉IMT与WSS相关。目前，人们对高血压病颈总动脉IMT增厚与颈动脉WSS分布的关系知之甚少。为此，本研究利用WSS定量分析技术，研究颈动脉血管WSS在不同IMT高血压患者中的分布特点，以早期发现动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）前期病变，为临床及时采取抗AS干预治疗提供有用的线索。

1 资料和方法

1.1 研究对象

随机纳入2011年6月—2013年12月在同济大学附属东方医院心脏医学部住院的高血压患者，依据《中国高血压防治指南2010》[10]中的诊断标准选择，即收缩压≥140 mmHg和（或）舒张压≥90 mmHg。依据颈总动脉IMT将患者分为两组：①IMT正常组（IMT＜0.9 mm）33例，其中男性18例、女性15例，平均年龄（51.25±8.35）岁；②高血压IMT增厚组（IMT≥0.9 mm）50例，其中男性26例、女性24例，平均年龄（59.33±12.20）岁。③选择同期与高血压IMT正常组年龄、性别构成相匹配的正常人42例作为对照组，其中男性24例、女性18例，平均年龄为(47.64±10.82 )岁。对照组纳入标准：经体格检查、心电图及常规超声心动图检查未发现心脏疾病，心率在60～100次/min。共125例入选本实验。本研究通过同济大学附属东方医院伦理委员会批准，所有参与者均签署有关知情同意书。排除标准：除外明确诊断的冠心病、脑卒中、外周血管病、肾动脉狭窄、颈动脉手术史、糖尿病、高脂血症、心力衰竭、心律失常、肾衰竭及超声检测颈动脉IMT≥1.5 mm和图像质量欠佳者。

1.2 超声图像采集

所有受试者检查前休息10 min，禁止进食咖啡等刺激性食物。检查者取平卧位，暴露颈部，头部偏向对侧。超声检查选择PHILIPS公司iE33超声诊断仪，探头L11-3，探头频率3～11 MHz。探头置于颈部由近端向远端先横切、后纵切扫查，从外向内扫查血管纵切面，确保超声切面通过血管中轴。调节速度范围，让血流充满管腔且不出现混迭。调节采样框范围，保持多普勒帧频为20～30帧/s。在颈总动脉远端（颈动脉分叉处近心端约1～2 cm处）采集3个心动周期的颈总动脉彩色多普勒血流长轴图像，血流方向尽量为水平位置。以上图像采集均由同等资深血管超声医师完成。

1.3 基线资料及常规超声指标采集

测量入选者的血压和心率、血糖、总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酰（triglyceride，TG）、高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）、低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）等。血压测量：入选者休息10 min后，端坐位，用水银柱血压计测量右上臂血压3次，取平均值。入院次日空腹抽取外周静脉血检查TC、TG、HDL、LDL、空腹血糖等，血液标本由同一实验室测定。超声测量颈总动脉IMT、颈总动脉内径、收缩期峰值流速（systolic peak velocity，SPV）及颈总动脉的阻力指数（resistance index，RI）等。

1.4 IMT的测量

颈动脉IMT为管腔内膜或内缘与中层外膜界面之间的距离。采集放大的颈总动脉舒张末期图像（避免血管搏动对血管壁厚度造成影响）后冻结，肉眼确定血液-内膜及中外膜的边界, 用二维超声测量两者之间的垂直距离。测量时手动操作，测量3次，取平均值为IMT。根据2003年欧洲高血压治疗指南[11]，颈总动脉IMT≥0.9 mm为IMT增厚，IMT＜0.9 mm为正常，IMT≥1.5 mm为斑块形成[12]。

1.5 图像保存及软件后处理

用光盘将存储在彩超硬盘上的颈总动脉DICOM格式彩色多普勒血流成像（color Doppler fl ow imaging，CDFI）图导入血流WSS定量分析软件（剪应力分布图绘制软件，登记号：2011SR089671；证书号：软著登字第0353345），以保存并刻录从颈总动脉获取的彩超图文件（image matrix：800×600；pixel spacing：0.085 mm×0.085 mm），从中提取CDFI图像信息进行脱机软件后处理分析，获得平均WSS值。软件可自动生成和绘制颈动脉的WSS空间分布图（图1），应用WSS定量分析软件分析颈总动脉平均WSS分布。剪应力三维空间分布图的X轴表示血管长度，Y轴表示血管直径，Z轴表示WSS大小。其中X轴、Y轴均以像素为单位，每一像素的长度为0.085 mm，Z轴以dynes/cm2为单位。

1.6 统计学处理

通过WSS定量分析软件计算颈总动脉WSS值，用SPSS 17.0进行数据分析。计量资料以mean±SD表示，行正态分布检验（经检验P＞0.05，符合正态分布）；计量资料行t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

比较对照组、IMT正常组与IMT增厚组的性别、血压、心率、TC、TG、HDL、LDL、血糖、颈动脉内径、SPV、RI等，差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1）。

2.2 颈总动脉WSS分布

WSS定量分析软件显示，高血压患者无论IMT是否增厚，其颈总动脉WSS均较对照组降低（表1）；IMT增厚组颈总动脉WSS（2.87±0.59）dynes/cm2最低，其次为IMT正常组颈总动脉WSS（4.26±1.18）dynes/cm2，而对照组颈总动脉WSS（6.09±2.39）dynes/cm2最高。两两比较差异均有统计学意义（P ＜0.05）（表1）。

表1 基础状态下受试者的一般参数

WSS定量分析软件显示3组的颈总动脉平均WSS的三维分布图：对照组颈总动脉的平均WSS高（图1），而IMT增厚组和IMT正常组的平均WSS相对较低（图2、3）。

2.3 IMT与平均WSS的关系

高血压患者IMT增厚组中，IMT与平均WSS呈负相关（r＝-0.76，P＜0.01)。

3 讨论

WSS是AS的主要因素，研究已证实低WSS与AS的形成密切相关[13]，动物实验亦证明长期低WSS有促进AS的作用[14]。低WSS对血管内皮细胞在血管壁慢性重构和动脉疾病（AS和内膜增生）发生中起非常重要的作用[15-16]。目前，有关高血压病颈总动脉IMT增厚与颈总动脉WSS分布关系的报道尚不多见。据报道[17]，高血压对IMT有较大影响，高血压患者颈总动脉IMT通常较正常人颈总动脉IMT明显增厚[4]。高血压是目前公认的AS较强危险因素之一[18]，IMT增厚是AS早期病变的标志之一[19-20]。本研究利用WSS定量分析软件，通过二维融合图像和三维空间分布图对颈动脉WSS进行可视化研究[21]，分析高血压患者颈总动脉的WSS空间分布。

本研究显示，高血压患者无论IMT是否增厚，其颈总动脉WSS均较对照组降低（P＜0.05）；IMT增厚组的颈总动脉WSS较IMT正常组低[（2.87±0.59）dynes/cm2vs.（4.26±1.18）dynes/cm2，P＜0.05]，提示高血压患者处于颈总动脉持续低WSS状态，具有促血管IMT增厚的作用。高血压患者颈动脉IMT增厚时WSS降低已被多项研究证实[17,22-23]。Jiang等[17]认为，这可能是高血压通过影响颈动脉WSS导致AS发生，未经治疗的高血压患者较正常血压人群颈动脉WSS明显降低[24]。Thim等[7-8,25]研究发现，IMT增厚的颈总动脉WSS比正常健康人偏低。我们也曾报道动脉IMT与WSS大小密切相关[9,26]。

以前研究颈总动脉WSS采用传统Hagen-Poiseuille公式，该方法仅能粗略计算颈动脉WSS值，不能精确计算WSS的空间分布。目前普遍认为，持续降低或不稳定变化的WSS是AS发展的高风险信号[27]。WSS直接与血管内皮细胞接触，影响其形态和功能。WSS正常时，内皮细胞分泌一氧化氮、前列腺环素、超氧化物歧化酶等活性物质，使动脉血管舒张、抗氧化抗增殖，呈抗AS作用；而WSS降低时，则促使内皮细胞分泌内皮素、血管紧张素转换酶等缩血管活性物质，促进炎症介质、生长因子、黏附分子等产生，使内皮细胞受损，血小板衍生生长因子及转化生长因子的调节和翻译过程受阻，血小板和巨噬细胞的黏附性增加，导致AS形成[28]。在绘制颈动脉WSS二维及三维空间分布图时，主要根据数字超声图像，所有图像均由面积相同的像素构成，相邻两个像素之间距离恒定，即为一个像素的距离。血流多普勒将RGB像素作为血流流速的指标，将多普勒的显示范围转化为速度矩阵后，获得每一点血流的流速数据，故多普勒血流图像的任意点像素均可通过公式计算出相应的剪应率数据。最终，剪应力经血管CDFI原数据中获得剪应率后，乘以血液黏度计算得出。本研究还发现，高血压患者即使颈动脉IMT不增厚，其颈总动脉WSS也较对照组低，提示高血压患者在颈动脉IMT增厚前，可能由于内皮细胞受损引起动脉血管内膜损伤、增厚，血管张力增高，脂蛋白渗入内膜，单核细胞黏附并迁入内膜，血小板黏附及中膜平滑肌细胞迁入内膜等一系列变化，促进AS发生[29]。

本研究所见高血压IMT正常组颈总动脉WSS低于健康对照组却高于IMT增厚组的现象，提示高血压患者颈动脉IMT增厚前WSS已出现下降，随着IMT增厚，WSS下降更明显。从某种意义上说，WSS比IMT更能早期反映AS病变。在AS进程中，颈总动脉IMT增厚多呈局部性增厚，而不是均匀性增厚[25]。WSS的大小对颈部血管出现斑块与狭窄有重要作用[30]。本研究还观察到，随着高血压患者颈动脉IMT增厚，其WSS相应下降，WSS与IMT呈负相关（r=-0.76）。Gnasso等[2,31]在健康人群中的调查显示，颈动脉IMT增厚与WSS呈负相关。Irace和Chatzizisis等[7-8]也有相似的研究结果。提示高血压患者在血流流速、血管内径、血液黏度不变的情况下，边界层血流速度梯度下降，也可能导致WSS下降[32-33]。

本研究的局限性在于：血流WSS二维空间分布图、三维空间分布图对患者的彩色图像质量采集要求较高；本组高血压患者病例数仍偏少，年龄偏大，不能排除存在一定的偏倚，需扩大样本数。本研究利用WSS定量分析软件发现高血压患者在IMT增厚前颈总动脉WSS已开始下降。如果临床上对高血压患者颈总动脉WSS进行动态随访，适度提高WSS有助于保护血管内皮，延缓AS发生、发展[34]。因此，监测颈动脉WSS有望成为高血压患者减缓AS进展的指标之一[35]。

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